Раздел астрономии, основанный на применении методов радиолокации в
исследованиях небесных тел. Радиолокационная астрономия — один из самых молодых разделов астрономии.
Вместе с тем ее результаты вошли в основы современных знаний о Солнечной системе. Методами
радиолокации была измерена астрономическая единица с точностью до 10 км.
Разгаданы многие тайны планеты Венера, скрывавшиеся за ее плотной
атмосферой (размеры и структура ее поверхности, вращение). Методом
радиолокации определены высотные профили поверхности Марса, период
вращения Меркурия, физические свойства материалов поверхностей и
газовых оболочек планет, уточнены параметры орбит планет. Обнаружены
отдельные быстродвижущиеся образования в солнечной короне. С
помощью радиолокации измеряются скорости и направления движения метеорных
частиц в атмосфере Земли. Радиолокация планет используется для
выведения космических аппаратов к планетам и посадки их на поверхность.
Радиолокационные методы принципиально отличаются от других астрономических методов наблюдения. Если астрономы обычно наблюдают излучения небесных тел, то в радиолокационной астрономии регистрируют сигналы, посылаемые наблюдателем и отраженные этими телами (рис. 1). Выбор зондирующих сигналов и сравнение с ними отраженных эхо-сигналов значительно расширяют возможности наблюдателя, приближают наблюдения к физическому эксперименту. Поэтому радиолокационную астрономию называют активной.
Астрономическое применение радиолокация
нашла в конце
Астрономические исследования привели к существенному развитию методов и техники радиолокации. Прежде всего это было вызвано исключительно слабой интенсивностью эхо-сигналов. Она изменяется обратно пропорционально четвертой степени расстояния до объекта. Так, даже наблюдая Луну при значительной площади отражающего участка ее поверхности, приходится иметь дело с сигналом, в десятки тысяч раз более слабым, чем при наблюдениях самолетов, а при наблюдениях Венеры — в миллионы раз более слабым, чем при наблюдениях Луны. Только исключительно быстрые темпы развития радиолокационной техники позволили одному и тому же поколению наблюдателей осуществить радиолокацию и Луны, и Венеры.
Современный планетный радиолокатор —
сложная, управляемая ЭВМ радиоэлектронная система, в которой применяются
грандиозные антенные сооружения (рис. 2), самые мощные передатчики и
наиболее чувствительные радиоприемные устройства. Тем не менее из-за
слабости эхо-сигналов для наземных радиолокационных наблюдений еще
недоступны малые тела Солнечной системы, а также малые детали больших
планет. Поэтому в недалеком будущем кроме наземных станут использоваться
также бортовые радиолокаторы
автоматических межпланетных станций, приближающихся к объектам
наблюдения.
Поразительно быстрые успехи радиолокационной астрономии по сравнению с прежними темпами накопления наблюдательных данных о Солнечной системе объясняются прежде всего тем, что радиолокация принесла в астрономию прямые и высокоточные измерения дальности и лучевой скорости объектов. Определение дальности основывается на измерении времени распространения сигнала от передатчика до объекта и обратно — так называемое время запаздывания. Умножив его на известную скорость распространения (скорость света), получают длину пути, пройденного сигналом. Ошибки измерений дальности, произведенных таким способом, менее 1 км. Это позволяет решать задачи проверки и уточнения известных законов движения планет и законов общей теории относительности. В частности, был проверен и подтвержден вывод теории тяготения А. Эйнштейна (см. Теория относительности) о замедлении скорости электромагнитных волн в сильном поле тяготения (путь радиосигнала проходил вблизи Солнца).
Определение лучевых скоростей основывается на эффекте Доплера, который проявляется в изменении длины волны электромагнитных колебаний в зависимости от скорости приближения или удаления наблюдаемого объекта. Сигналы, отраженные от Луны и планет, имеют вследствие эффекта Доплера расширение спектра волн, вызванное тем, что отдельные элементарные участки отражающей поверхности из-за вращения объекта имеют различные лучевые скорости. Измерения ширины спектра волн эхо-сигнала позволяют определять скорости и направления осей вращения планет.
Зарегистрированный на магнитную пленку эхо-сигнал можно разложить затем на элементарные сигналы, различающиеся как по времени запаздывания, так и по доплеровскому сдвигу волны. Энергия каждого элементарного сигнала поступает от пары симметричных относительно экватора участков отражающей поверхности. Вклад от одного из них исключается с помощью диаграммы направленности приемной антенной системы. Так строятся отражательные радиокарты объектов. Карта Луны, построенная таким образом, по своей детальности и четкости не уступает лучшим фотографиям Луны. Этот способ составления карт особенно перспективен для закрытой облаками Венеры. Пока из-за слабости эхосигнала получено изображение лишь небольшого ее участка, на котором можно различить кратеры.
